警惕！上個世紀的許多混凝土結(jié)構(gòu)正在崩潰

新南威爾士大學副講師蓋伊·庫勒曼斯(Guy Keulemans)寫道，我們應(yīng)該專注于經(jīng)受時間考驗的建筑。

就其本身而言，混凝土是一種非常耐用的建筑材料。羅馬宏偉的萬神殿是世界上最大的非鋼筋混凝土穹頂，經(jīng)過將近1900年的發(fā)展，其狀況極為優(yōu)越。

然而，上個世紀的許多混凝土結(jié)構(gòu)(橋梁，公路和建筑物)正在崩潰。本世紀之前建造的許多混凝土結(jié)構(gòu)將在其終結(jié)之前被淘汰。

考慮到古代建筑的生存，這似乎很奇怪。關(guān)鍵的區(qū)別是隱藏在混凝土中的鋼筋的現(xiàn)代用途，即鋼筋。

鋼主要由鐵制成，鐵不可改變的特性之一就是生銹。這以難以檢測且修復(fù)成本高的方式破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

盡管維修是合理的做法，以保留20世紀標志性建筑的建筑遺產(chǎn)，例如由像Frank Floyd Wright這樣的鋼筋混凝土用戶設(shè)計的建筑，但對于絕大多數(shù)建筑物而言，這是否負擔得起還是令人懷疑。

作家羅伯特·庫蘭(Robert Courland)在他的《混凝土星球》一書中估計，僅在美國，混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的維修和重建費用將達到數(shù)萬億美元，并由后代承擔。

在20世紀初期，混凝土行業(yè)積極，有時是不切實際的推動了這些品質(zhì)，從而導(dǎo)致了它的廣泛普及。

鋼筋混凝土與更耐用的建筑技術(shù)(例如鋼框架或傳統(tǒng)的磚和砂漿)競爭。在世界范圍內(nèi)，它已經(jīng)取代了對環(huán)境敏感的低碳選擇，如泥磚和夯土，這些歷史做法也可能更持久。

20世紀初的工程師認為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)將持續(xù)很長的時間-可能長達1000年。實際上，它們的壽命更像是50-100年，有時甚至更短。建筑法規(guī)和政策通常要求建筑物要生存數(shù)十年，但惡化可能僅需10年即可開始。

許多工程師和建筑師指出了鋼和混凝土之間的天然親和力：它們具有相似的熱膨脹特性，而混凝土的堿度可以幫助抑制生銹。但是，仍然缺乏關(guān)于它們的綜合品質(zhì)的知識，例如，與陽光有關(guān)的溫度變化方面的知識。

用于混凝土加固的許多替代材料，例如不銹鋼，鋁青銅和纖維聚合物復(fù)合材料，尚未得到廣泛使用。普通鋼加固的可承受性對開發(fā)人員具有吸引力。但是許多計劃者和開發(fā)者沒有考慮到維護，修理或更換的額外費用。

有一些可以解決鋼腐蝕問題的技術(shù)，例如陰極保護，其中整個結(jié)構(gòu)都與防銹電流相連。還有一些有趣的新方法可以通過電氣或聲學手段監(jiān)測腐蝕。

另一選擇是用防銹化合物處理混凝土，盡管這些可能有毒且不適用于建筑物。有幾種新的無毒抑制劑，包括從竹子中提取的化合物和細菌衍生的“生物分子”。

然而，從根本上講，這些發(fā)展都無法解決固有的問題，即將鋼放入混凝土中會破壞其潛在的巨大耐久性。

重建的環(huán)境成本

這對地球有嚴重的影響。在汽車和燃煤電廠之后，混凝土是造成二氧化碳排放量第三大的因素。僅水泥制造業(yè)就占全球CO2排放量的5%。混凝土還占建筑和拆除廢物的最大比例，約占所有垃圾填埋場廢物的三分之一。

回收混凝土既困難又昂貴，降低其強度并可能催化化學反應(yīng)，從而加速腐爛。世界需要減少其混凝土產(chǎn)量，但是如果不建造更長久的結(jié)構(gòu)，這將是不可能的。

在最近的一篇論文中，我建議鋼筋混凝土的廣泛接受可能是一種傳統(tǒng)的，占主導(dǎo)地位且最終具有破壞性的惰性物質(zhì)觀點的表達。但是鋼筋混凝土并不是真正惰性的。

混凝土通常被認為是石頭般的整體整體材料。實際上，它是由熟石灰石，黏土狀材料和各種巖石或沙質(zhì)骨料組成的復(fù)雜混合物。石灰石本身是由貝殼和珊瑚組成的沉積巖，其形成受許多生物，地質(zhì)和氣候因素的影響。

這意味著，混凝土結(jié)構(gòu)，盡管具有石頭般的表面質(zhì)感，實際上是由被巖石磨碎的海洋生物的骨骼構(gòu)成的。這些海洋生物的生存，死亡和形成石灰石需要數(shù)億年的時間。這個時間尺度與當代建筑的壽命形成鮮明對比。

鋼鐵通常也被認為是惰性的和有彈性的?！拌F器時代”之類的術(shù)語暗示著古老的耐用性，盡管“鐵器時代”的人工制品相對較少，因為它們會生銹。如果可見建筑用鋼，則可以對其進行維護-例如，當悉尼海港大橋反復(fù)涂漆和重新涂漆時。

但是，當嵌入混凝土中時，鋼是隱藏的，但卻是秘密活動的。水分通過成千上萬的細小裂紋進入，從而產(chǎn)生電化學反應(yīng)。鋼筋的一端成為陽極，另一端成為陰極，形成一個“電池”，該電池為鐵轉(zhuǎn)化成鐵銹提供了動力。鐵銹可使鋼筋膨脹至其尺寸的四倍，從而擴大裂縫并迫使混凝土在稱為剝落的過程中破裂，剝落過程被廣泛稱為“混凝土癌”。

我建議我們需要改變思維方式，以將混凝土和鋼材識別為充滿活力的活性材料。這不是改變?nèi)魏问聦嵉那闆r，而是改變我們對這些事實的理解和行動的方向。避免浪費，污染和不必要的重建將需要超越紀律的時間思考，這對于建筑業(yè)尤其如此。

過去崩潰的文明向我們展示了短期思維的后果。

我們應(yīng)該將重點放在經(jīng)受時間考驗的建筑上，以免最終導(dǎo)致笨拙，廢棄的文物比復(fù)活節(jié)島的雕像更不適合其原始用途。